含锑矿物风化机理——化学和微生物过程及其相互作用

Chinese antimony reserves and production are largest in the world. High background levels and geochemical anomalies of antimony exist in some metallogenic mine areas. Due to the wide use of antimony compounds, antimony contamination in the environment is more and more serious. Antimony pollution accidents occurred frequently. Antimony become a global and emerging environmental pollutants and has gradually caused great attation to scholars at home and abroad. Existing research mainly focus on its distribution, speciation, migration, transformation and bioavailability. However,the study for the mineral dissolution, weathering and biogeochemical cycle of antimony was little. The mineral dissolution mechanism of antimony in aqueous solution is still not very clear. .On the basis of existing research, the aims of the project are to study the release rate, mineral weathering mechanism of antimony and the main influencing factor for the typical antimony-containing minerals, waste rock, tailings and waste residue in China; to reveal the mechanism of containing antimony mineral leaching, dissolution and weathering; to investigate the chemical and microbiological processes and their interactions and their effect on the release of antimony. .The results are helpful for revealing the geochemical cycle of Sb and explaining regional antimony geochemical anomalies, and are valuable for the antimony pollution prevention and control on the regional (or watershed) scale.

中国锑储量和产量居世界之首，在一些成矿区存在锑的高背景含量及地球化学异常。由于人类活动和锑化合物的广泛使用，环境中锑污染越来越严重，锑污染事故频发，并成为全球性、新型环境污染物，近年逐渐引起国内外学者的高度重视。已有研究主要从人为污染角度研究其分布、形态、迁移转化及生物有效性，但从矿物自身的溶解、风化及环境地球化学循环的角度研究很少，含锑矿物在水溶液中溶解释放动力学及风化机理仍然不是很清楚。.本项目针对我国锑资源丰富、锑矿开采和使用量大，以及锑的潜在危害性，在已有研究基础上，系统研究中国典型含锑矿物及采、选、冶过程产生的主要废石、尾砂、废渣，开展锑的释放速率、矿物风化机理和主要影响因素研究，揭示含锑矿物淋溶、溶解及风化机理，探讨化学和微生物过程及其相互作用对锑释放的影响。其成果对于揭示锑的地球化学循环、解释区域锑的地球化学异常具有理论意义，对于区域（或流域）锑污染预防与控制具有参考价值。

本项目系统研究了典型锑化合物（硫化锑、氧化锑）、天然锑矿物及刹车片中锑的溶解释放动力学和主要影响因素，揭示了含锑矿物淋溶、溶解及风化机理，并阐明了化学和微生物过程及其相互作用对锑释放的影响。取得的创新性研究成果如下：. （1）光照能促进硫化锑（Sb2S3）的溶解，一是质子促进作用，即在无光条件下，碱性pH促进Sb2S3的溶解，其溶解速率与pH存在一定的线性关系；二是由于光催化作用而产生羟基自由基，超氧自由基和空穴，这些光氧化剂能将Sb(III)和硫化物氧化。O2和超氧自由基是最重要的氧化剂。光照和溶解性有机质的联合作用能促进硫化锑的溶解。. （2） 揭示了太阳光、紫外光和可见光条件下，氧化锑(Sb2O3)的溶解动力学和机理。光照大大加速了Sb2O3的溶解，并且在Sb2O3的溶解过程伴随有Sb(III)的氧化，其光氧化剂是羟基自由基、溶解氧、超氧自由基和空穴。不同类型溶解性有机质在不同pH值和不同浓度条件下对Sb2O3溶解产生影响。提出了光催化作用促进Sb2O3溶解的机制。. （3）12种天然含锑矿物的主要成份为Sb2S3，SiO2和CaCO3。矿物成分影响其在溶解过程中溶液pH值的变化。矿物中Sb及其他有毒重金属的释放与矿物类型、矿物中金属元素的总量以及溶液pH有关。三类矿物中，均是酸性条件利于As的释放，而Sb却是碱性条件释放较多。. （4）尽管刹车片中Sb、Ba和Cu的含量在同一个数量级别，但经过30 d的溶解，只有Sb的释放相当显著，说明刹车片中Sb比其他金属更容易释放出来。刹车片中的Sb在碱性条件下有更多的释放，经过30 d的溶解，溶解液中Sb浓度能达到97 mg/L，释放了刹车片中总Sb的30%。. （5）阐明了环境中常见的锰氧化物（水钠锰矿：δ-MnO2；锰钾矿：α-MnO2和水锰矿：γ-MnOOH）对Sb2O3(s)溶出动力学的影响，探明了典型锰氧化物对含锑矿物的溶解作用机理，并揭示了不同的环境条件（pH、温度等）对Sb2O3溶解释放的影响。. （6）在国内外核心刊物发表论文11篇。其中，在SCI刊物表学术论文9篇，中文文章2篇。所发文章有6篇被美国科技媒体（VerticalNews）正面报道；培养博士生2名，硕士生2名。